JPH0924472A - スタッド溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 断面一定の軸部を有する一般の溶接ジベルを
使用し、初期剛性が高く多数の繰り返し荷重に対する耐
疲労強度が向上されたスタッド溶接法を提供すること。 【解決手段】 このスタッド溶接法は、平坦な底面９と
貫通孔１０を有し、その貫通孔１０の内周面がアークス
タッド溶接に際して溶接シベル１の軸部３および溶接部
４との間にアークを生じないが溶接ジベル１と溶着でき
る大きさを有する金属製の拡大ブロック７を用意し、そ
れを被溶接材２の表面にその底面９を接触させて配置す
る。さらに溶接ジベル１が挿通する挿通孔１２を有し底
部から不活性ガスを吹き出す不活性ガス供給治具１１で
拡大ブロック７を覆い、前記挿通孔１２に挿通した溶接
ジベルの溶接部４を貫通孔１０に挿入し、その先端を被
溶接材２の表面に接触させ、不活性ガスを供給しつつス
タッド溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼部分とコンクリー
ト部分の結合部材などに使用される金属製の溶接ジベル
を使用するスタツド溶接法に関する。

【０００２】

【従来の技術】建物の鉄骨梁上にコンクリート床を形成
する場合や鋼橋梁上にコンクリート床を形成する場合な
どのように、鋼部分とコンクリート部分を結合して鋼と
コンクリートの複合構造を形成する際には、両者間を強
固に結合するための結合部材として金属製の溶接ジベル
が一般に使用される。溶接ジベルは拡大された頭部を持
つ棒状の軸部の先端に溶接部を設けた構造を有してお
り、それをスタッド溶接により鋼部分に所定間隔で多数
固着立設し、その上からコンクリート部分を形成する。
形成された鋼とコンクリートとの複合構造の鋼部分に固
着立設された溶接ジベルは、その頭部がコンクリートの
軸線方向の引張応力に抵抗する機能を有し、軸部がコン
クリートの剪断応力に抵抗する機能を有する。

【０００３】しかしこのように軸部とその端に設けられ
た溶接部の断面積が同じ寸法とされた溶接ジベルは、剪
断応力に対する支持特性が充分でないという問題があっ
た。すなわち、溶接ジベルの剪断応力に対して要求され
る特性は、鋼部分への溶接部分が破壊されず、且つその
軸部の破壊変形量が充分に大きいことである。しかし上
記の溶接ジベルは、溶接部分の破壊耐力を高めるためそ
の軸部の断面積を大きくすると、軸部の剛性が高くなっ
て破壊変形量が不充分となり、コンクリート部分にひび
割れなどの破損を生じる原因になる。逆に破壊変形量を
大きくするために軸部の断面積を小さくすると、溶接部
分の破壊耐力が低下して鋼部分とコンクリート部分の結
合力を弱める。このような問題を解決するものとして、
軸部とそれより断面積の大きな溶接部からなる溶接ジベ
ルが提案されている。（特開平５−１５６７２０号公
報）

【０００４】これは、図８に示すような軸部が先端まで
同一直径の一般の溶接ジベルの剪断破壊に比べて、図９
に示すような軸部先端が膨大したものの方が剪断破壊に
対する耐力が大きいことを実証したものである。そし
て、図８に示すような軸部先端まで同一直径の溶接ジベ
ル１を被溶接材２にスタッド溶接したものと、図９に示
すような溶接ジベル１の先端部が膨大したものを被溶接
材２にスタッド溶接したものの剪断破壊に対する耐力を
測定すると、図７に示すような特性になる。すなわち点
線で示す図８の溶接ジベルの特性と実線で示す図９の溶
接ジベルの特性とでは、図９の溶接ジベルの方が初期剛
性が大幅に大きくになると共に最大耐力も僅かに大きく
なる。さらに剪断破壊が引張破壊の形態となり、破壊モ
ードが延性破壊になる。そして剪断破壊が引張破壊で且
つ軸部における破壊となるため、耐疲労性も向上する。
なお破壊時のずれ変形（変形能力）はおおむね同一であ
ることが判っている。また、剪断力が小さい範囲では図
９の改良型溶接ジベルの方が変形量が小さい特徴もあ
る。そして図８の溶接ジベルでは、その剪断破壊部分が
溶接部に現れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記提案
された溶接ジベルは、剪断応力に対する支持特性は改善
されているが、溶接ジベルを特殊な形状に構成しなけれ
ばならないという新たな問題が発生する。すなわち、使
用する材料が多くなると共に溶接ジベルの軸部の先端を
拡大するための加工を必要とし、そのため大幅なコスト
アップが避けられない欠点があった。そこで本発明は、
剪断応力に対する支持特性が改善されると共に、このよ
うな溶接ジベルの構造上の問題を解決できるスタッド溶
接法を提供することを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、軸部
３と溶接部４を有する金属製の溶接ジベル１をスタッド
溶接機２０に把持して被溶接材２に溶接固定するスタッ
ド溶接法である。この方法においては、平坦な底面９を
有すると共に、貫通孔１０またはアークスタッド溶接中
に溶融して貫通する程度の厚さの底部２３が残存する凹
陥部２２を有し、さらにその貫通孔１０または凹陥部２
２がアークスタッド溶接に際して溶接ジベル１の軸部３
および溶接部４との間にアークを生じないが溶接ジベル
１と溶着できる大きさを有する金属製の拡大ブロック体
７を用意し、それを被溶接材２の表面にその拡大ブロッ
ク体７の底面９を接触させて配置する。

【０００７】さらに、溶接ジベル１を挿通する挿通孔１
２を有し底部から不活性ガスを吹き出すようになされた
不活性ガス供給治具１１により前記拡大ブロック体７の
貫通孔１０または凹陥部２２の上部を覆うと共に、前記
挿通孔１２に挿通させた溶接ジベル１の溶接部４を貫通
孔１０または凹陥部２２内に挿入しその先端を被溶接材
２の表面に接触させる。次に、その状態で不活性ガス供
給治具１１から貫通孔１０または凹陥部２２内に不活性
ガスを供給してスタッド溶接することにより、溶接ジベ
ル１を被溶接材２と拡大ブロック体７に溶接固定するこ
とを特徴とするものである。上記方法の好ましい実施態
様においては、不活性ガス供給治具１１がスタッド溶接
機２０に連結された押圧体１７によりその治具１１の上
面を押圧される。

【０００８】上記方法の別の好ましい実施態様において
は、不活性ガス供給治具１１の挿通孔１２と溶接ジベル
１の軸部３との間にガスを流通させる間隙１２ａが設け
られる。上記方法のさらに別の好ましい実施態様におい
ては、溶接ジベル１における少なくとも拡大ブロック体
７の貫通孔１０または凹陥部２２に挿入される部分の周
囲がフラックス層６ａで被覆される。さらに別の好まし
い実施態様においては、拡大ブロック体７の底面９にア
モルファス箔２４またはアモルファス粉末を塗布または
散布する。そのアモルファスにより、拡大ブロック体７
の底面９と被溶接体２との間において拡散溶接が行われ
る。

【０００９】

【作用】本発明のスタッド溶接法によれば、簡単な溶接
ジベルの構造にも係わらず、前記特開平５−１５６７２
０号公報に記載されたものと同様な効果、すなわち、予
定される最大剪断応力に対してその溶接部分が破壊され
ず、且つその軸部の破壊変形量を充分に大きくできると
いう効果を奏する。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に図面により、本発明の実施の
形態を説明する。図１は本発明のスタッド溶接法を説明
するための一部破断正面図で、図２はその要部を分解し
て示した斜視図である。これらの図において、先ず本発
明のスタッド溶接法に使用する各部品について説明する
と、溶接ジベル１は例えば鋼材などの金属材料を切削又
は鍛造加工して作られ、軸部３と溶接部４が軸線方向に
順に一体的に形成されている。さらに溶接部４の反対側
の軸部３の端部にそれより断面積の大きい頭部５が一体
的に形成されている。なお、これらは溶接により相互に
固着して作ることもできる。さらに頭部５以外の軸部３
及び溶接部４を切削加工により一体的に作り、それに頭
部５を溶接してもよい。

【００１１】溶接ジベル１の軸部３，溶接部４および頭
部５は、軸線に対して回転対称に形成されている。しか
し、軸部３や頭部５の断面を例えば正方形のような矩
形、または５角形や６角形のような多角形とすることも
できる。さらに溶接部４は先端に向かって断面の縮小す
る円錐台形状とされており、その先端中央部には半球状
の凹部が形成され、その凹部に例えばアルミニウム製で
球状の電極６が打ち込まれて固着されている。なお、軸
部３の直径と長さの比は１：３．５〜１：１５程度が好
ましい。

【００１２】拡大ブロック体７は溶接ジベル１と同じ材
料、例えば鋼材などの金属材料を切削加工して作ること
ができる。この拡大ブロック体７は平坦な上面８と底面
９を有するリング状に形成され、中央部に円形断面の貫
通孔１０を有している。拡大ブロック体７の挿通孔１０
は、アークスタッド溶接に際して溶接ジベル１の軸部３
または溶接部４との間にアークを生じないが溶接ジベル
１と溶着できる大きさの内径を有し、この挿通孔１０の
内周面と軸部３との間隙は通常２〜３ｍｍ程度とされ
る。さらに、溶接ジベル１の軸部３の直径と拡大ブロッ
ク７の外径の比は１：２〜１：３程度であり、その高さ
の比は１：０．５以上である。

【００１３】拡大ブロック体７の貫通孔１０の上部を覆
うようにして不活性ガス供給治具１１が配置される。不
活性ガス供給治具１１はセラミック材のような耐熱性の
ある材料で作られ、中央部に溶接ジベルを挿通する円形
断面の挿通孔１２を有するリング状に形成され、アルゴ
ンガスや炭酸ガスのような不活性ガスが配管１３から入
口１４を経て内部に導入され、底部の吹出口１５から吹
き出される。さらにこの不活性ガス供給治具１１の上部
および下部にはそれぞれ段差部１６，１６ａが形成され
ており、段差部１６に押圧体１７の押圧リング１８が嵌
合され、段差部１６ａに前記拡大ブロック体７の貫通孔
１０の上縁部が嵌合される。上記挿通孔１２は溶接ジベ
ル１の軸部３との間に僅かな間隙１２ａを確保できる内
径を有しており、該間隙１２ａにより溶接中に供給され
る不活性ガスおよび発生ガスが外部に放出される。な
お、押圧リング１８からは垂直に連結部１９が延長さ
れ、該連結部１９の先端部がスタッド溶接機２０にネジ
結合等により着脱自在に連結されている。

【００１４】この例ではスタッド溶接した後に溶接ジベ
ル１から不活性ガス供給治具１１を分離するために、不
活性ガス供給治具１１は軸線を中心として例えば２つに
分割できるように構成されている。しかし溶接ジベル１
の頭部５が軸部３より拡大されていないときには、この
ような分割手段は必要としない。一方、スタッド溶接機
２０には図示しないアークスタッド溶接機本体より電源
が供給され、そのチャック２１には溶接ジベル１の頭部
５が着脱自在に把持される。図３は拡大ブロック体７の
他の例を示す断面図であり、平坦な上面８と底面９を有
するブロックの中央部に上方へ開口する円形断面の凹陥
部２２が形成されている。この凹陥部２２は円柱状の金
属ブロックを加工してアークスタッド溶接中に溶融して
貫通する程度の厚さの底部２３を残存させて形成され
る。この図３の拡大ブロック体７も図１と同様に使用さ
れる。

【００１５】図４は本発明に使用される溶接ジベル１の
他の例を示す部分拡大図である。この溶接ジベル１は先
端に向かって断面積の縮小するテーパ状の溶接部４とそ
れから上方に延長する軸部３の下部外周面に、電極６を
形成する材料と同様なフラックス材を用いて形成した薄
いフラックス層６ａが被覆されている。このようなフラ
ックス層６ａを被覆するには、例えばフラックス材の溶
融液に先端部４等をデッピングするなどの方法がある。
このフラックス層６ａの被覆は、少なくとも拡大ブロッ
ク体７の貫通孔１０または凹陥部２２内に挿入される部
分に行われる。なお、その被覆は先端部４のみ、または
その上部の軸部３の一部のいずれか一方にすることもで
きる。このようなフラックス層６ａの被覆により、溶接
の際にそれら表面からもフラックスが蒸発される。その
ため電極６のみでは蒸発フラックス量が不足する場合に
有効である。特に本発明の溶接法において、溶接ジベル
１の先端部４の容積が大きい場合に好適である。

【００１６】次に上記部品を使用して溶接ジベルを溶接
する方法について説明する。図１において、先ず被溶接
体２のスタッド溶接すべき場所の表面に、拡大ブロック
体７の底面９をアモルファス箔２４またはアモルファス
粉末を介してあるいはそれらを介在することなく接触さ
せて載置し、次いでその上に不活性ガス供給治具１１を
載置する。このときのアモルファス箔は、拡散溶接を可
能とするものである。次いで、図示しないアークスタッ
ド溶接機本体に連結されたスタッド溶接機２０のチャッ
ク２１に溶接ジベル１を把持させる。そしてその溶接ジ
ベル１の先端部４を図示のように拡大ブロック体７の貫
通孔１０内に挿入し、その先端の電極６を被溶接体２の
表面に接触させる。一方、不活性ガス供給治具１１から
不活性ガスを貫通孔１０内に吹き出させる。この状態で
スタッド溶接機２０を起動すると、最初に短時間溶接ジ
ベル１の先端部４に設けた電極６と被溶接体２との接触
面間に通電され、次いで溶接ジベル１が自動的に僅かに
上昇され、先端部４と被溶接体２との間に間隙が生じて
アーク放電が開始される。

【００１７】溶接は不活性ガスの雰囲気のもとに行わ
れ、供給された不活性ガスおよび発生ガスは溶接ジベル
１の軸部３と不活性ガス供給治具１１における挿通孔１
２により形成される間隙１２ａから外部に放出される。
アーク放電が開始されたとき、拡大ブロック体７の貫通
孔１０の内径は前述のように溶接ジベル１の軸部３およ
び溶接部４との間にアークを生じないように設定される
ので、アーク放電は溶接ジベル１と被溶接体２間で良好
に継続する。アーク放電の継続により溶接ジベル１の先
端部４が溶融し、貫通孔１０内に溶融池が形成されて、
溶接ジベル１と被溶接体２および拡大ブロック体７が溶
融池で連絡される。次いで、溶接ジベル１を下降させて
被溶接体２に押圧することにより、溶接ジベル１と被溶
接体２および拡大ブロック体７の３者が一体的に接合さ
れる。この溶接時間は通常１秒前後であり、極めて短時
間で終了する。

【００１８】図５はこのようにして溶接された溶接ジベ
ル１と被溶接体２および拡大ブロック体７の結合状態を
部分的に切り欠いて示した正面図である。溶接ジベル１
の先端部４は溶融により消滅し、その結果溶接ジベル１
の軸部３と被溶接体２および拡大ブロック体７の３者が
ブリッジされて一体化され、下部を一体的に拡大した軸
部３の溶接ジベル１を被溶接体２に接合した場合とほぼ
同様な状態が達成される。従って、剪断応力に対する抵
抗力は十分に確保される。図６は図５のように溶接ジベ
ル１と拡大ブロック体７を一体的に被溶接体２に接合し
た所へコンクリートを打設し、被溶接体２とコンクリー
ト層３０の複合体を形成した状態を示す部分断面図であ
る。以上のような溶接方法は図３に示した拡大ブロック
体７を使用する場合も同様である。

【００１９】

【発明の効果】本発明のスタッド溶接法は以上のような
構成としたので、溶接ジベルを簡単な構造としたにも係
わらず、予定される最大剪断応力に対してその溶接部分
が破壊されず、初期剛性が高く、破断位置が軸部となる
ため、多数回の繰り返し荷重（１０⁸ のオーダ）に対
し、大幅に耐疲労強度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスタツド溶接法を説明するための一部
破断正面図。

【図２】図１の要部を分解して示した斜視図

【図３】本発明に使用される拡大ブロック体７の他の例
を示す断面図。

【図４】本発明に使用される溶接ジベル１の他の例を示
す部分拡大図。

【図５】溶接された溶接ジベル１と被溶接体２および拡
大ブロック体７の結合状態を部分的に切り欠いて示した
正面図。

【図６】図５のように溶接ジベル１と拡大ブロック体７
を一体的に被溶接体２に接合した所へコンクリートを打
設した状態を示す部分断面図。

【図７】図８に示す他の従来型の溶接ジベルと図９に示
す溶接ジベルとの剪断力とすべりとの破壊特性曲線。

【図８】他の従来型の溶接ジベルの破断説明図。

【図９】軸部の先端部が拡大した溶接ジベルの破断説明
図。

【符号の説明】

１ 溶接ジベル ２ 被溶接体 ３ 軸部 ４ 先端部 ５ 頭部 ６ 電極 ６ａ フラックス層 ７ 拡大ブロック体 ８ 上面 ９ 底面 １０ 貫通孔 １１ 不活性ガス供給治具 １２ 挿通孔 １２ａ 間隙 １３ 配管 １４ 入口 １５ 吹出口 １６ 段差部 １６ａ 段差部 １７ 押圧体 １８ 押圧リング １９ 連結部 ２０ スタッド溶接機 ２１ チャック ２２ 凹陥部 ２３ 底部 ２４ アモルファス箔 ３０ コンクリート層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部３と溶接部４を有する金属製の溶接
   ジベル１をスタッド溶接機２０に把持して被溶接材２に
   溶接固定するスタッド溶接法において、 平坦な底面９を有すると共に、貫通孔１０またはアーク
   スタッド溶接中に溶融して貫通する程度の厚さの底部２
   ３が残存する凹陥部２２を有し、さらにその貫通孔１０
   または凹陥部２２がアークスタッド溶接に際して溶接ジ
   ベル１の軸部３および溶接部４との間にアークを生じな
   いが溶接ジベル１と溶着できる大きさを有する金属製の
   拡大ブロック体７を用意し、該拡大ブロック体７を被溶
   接材２の表面にその底面９を接触させて配置し、さらに
   溶接ジベル１を挿通する挿通孔１２を有し底部から不活
   性ガスを吹き出すようになされた不活性ガス供給治具１
   １により前記拡大ブロック体７の貫通孔１０または凹陥
   部２２の上部を覆うと共に、前記挿通孔１２に挿通させ
   た溶接ジベル１の溶接部４を貫通孔１０または凹陥部２
   ２内に挿入してその先端を被溶接材２の表面に接触さ
   せ、不活性ガス供給治具１１から貫通孔１０または凹陥
   部２２内に不活性ガスを供給し、スタツド溶接機２０を
   起動してスタッド溶接することにより、溶接ジベル１を
   被溶接材２と拡大ブロック体７に溶接固定するスタッド
   溶接法。
2. 【請求項２】 スタッド溶接に際してスタッド溶接機２
   ０に連結された押圧体１７により不活性ガス供給治具１
   １の上面を押圧する請求項１のスタッド溶接法。
3. 【請求項３】 不活性ガス供給治具１１の挿通孔１２と
   溶接ジベル１の軸部３との間にガスを流通させる間隙１
   ２ａが設けられている請求項１または請求項２のスタッ
   ド溶接法。
4. 【請求項４】 溶接ジベル１における少なくとも拡大ブ
   ロック体７の貫通孔１０または凹陥部２２に挿入される
   部分の周囲がフラックス層６ａで被覆されている請求項
   １〜請求項３のいずれかのスタッド溶接法。
5. 【請求項５】 少なくとも拡大ブロック体７の底面９に
   アモルファス箔２４またはアモルファス粉末を配置した
   請求項１〜請求項４のうちいずれかのスタッド溶接法。